一種基于模型參考的車輛跟馳系統(tǒng)自適應(yīng)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于車輛跟馳控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到車輛跟馳系統(tǒng)參考模型的建立，基于車距和速度的跟馳狀態(tài)的劃分，以及各具體跟馳狀態(tài)下后車行為的自適應(yīng)優(yōu)化問(wèn)題。包括如下實(shí)施步驟：1、建立車輛跟馳系統(tǒng)模型；2、建立車輛跟馳控制的參考模型；3、動(dòng)態(tài)安全車距的實(shí)時(shí)計(jì)算；4、根據(jù)當(dāng)前具體的車輛跟馳狀態(tài)，選擇相應(yīng)的后車行為調(diào)整數(shù)學(xué)模型，實(shí)時(shí)計(jì)算車輛跟馳系統(tǒng)的控制律；5、控制律實(shí)施，實(shí)現(xiàn)后車行為調(diào)整；6、后車行為調(diào)整過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)跟馳系統(tǒng)所屬的跟馳狀態(tài)，轉(zhuǎn)步驟4，循環(huán)執(zhí)行。后車在追蹤前車運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)當(dāng)前跟馳狀態(tài)和車輛性能、行為與車距信息，實(shí)時(shí)計(jì)算調(diào)整自身行為的控制律，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)安全、高效和平穩(wěn)（舒適）地跟馳運(yùn)行。
【專利說(shuō)明】一種基于模型參考的車輛跟馳系統(tǒng)自適應(yīng)控制方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于交通運(yùn)輸系統(tǒng)車輛跟馳控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到車輛跟馳系統(tǒng)參考模型的建立，基于車距和速度的跟馳狀態(tài)的劃分，以及各具體跟馳狀態(tài)下后車行為的數(shù)學(xué)模型及自適應(yīng)優(yōu)化問(wèn)題。
【背景技術(shù)】
[0002]自適應(yīng)控制(Adaptive cruise control, ACC)應(yīng)用于車輛跟馳系統(tǒng)已經(jīng)有數(shù)十年了。很多研究者致力于自適用控制技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合以改善跟馳的安全性、高效性和行為調(diào)整的平穩(wěn)(舒適)性。當(dāng)前，自適應(yīng)巡航控制仍然是車輛跟馳控制研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。Desjardins和Chaib_draa利用函數(shù)近似技術(shù)求解車輛自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的控制策略，使得車輛跟馳系統(tǒng)的安全性得到很大的保障，但未對(duì)跟馳效率給予足夠的討論。Li等幾位學(xué)者提出車輛自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的遞階控制模型，但制動(dòng)距離確定為恒定的5米似有不妥之處。Dunbar和Caveney提出分布式回歸控制算法來(lái)處理車輛編隊(duì)運(yùn)行的非線性控制問(wèn)題，由于恒定的期望車距與實(shí)際情形存在差異，在安全、高效為主要性能指標(biāo)的車輛行為綜合優(yōu)化上可能還存在一些難盡人意的地方。Somda和Cormerais極其重視安全車距的動(dòng)態(tài)計(jì)算，在自適應(yīng)智能巡航系統(tǒng)中運(yùn)用相對(duì)安全車距對(duì)車跟馳星質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而采取相應(yīng)的控制措施，但對(duì)前車加速運(yùn)行情況下如何動(dòng)態(tài)計(jì)算相對(duì)安全車距則未作更深入的討論。針對(duì)車輛巡航系統(tǒng)的安全性、高效性和行為調(diào)整的平穩(wěn)(舒適)性問(wèn)題，Kesting等利用智能駕駛模型來(lái)描述自適應(yīng)控制車輛，提出加速度能夠自動(dòng)調(diào)整的自適應(yīng)控制策略，然而未深入探究動(dòng)態(tài)跟馳形勢(shì)下安全時(shí)隙的科學(xué)確定問(wèn)題。Wang和Rajamani指出，“車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)保持恒定的時(shí)隙么？”Lin等幾位學(xué)者，考慮到時(shí)隙對(duì)與行車組織的重要性，對(duì)時(shí)隙作用于自適應(yīng)車輛駕駛性能的效果作了富有價(jià)值和指導(dǎo)意義的討論，大的時(shí)隙無(wú)疑會(huì)賦予車輛跟馳系統(tǒng)更大的安全裕量，但效率也會(huì)隨之降低。Bageshwar等運(yùn)用模型預(yù)測(cè)控制來(lái)計(jì)算自適應(yīng)巡航車輛的跟馳控制律，在穩(wěn)態(tài)跟馳條件下取得了較好的仿真效果，遺憾的是未能給出非穩(wěn)態(tài)跟馳條件下的控制律計(jì)算方法，如何確保該狀態(tài)下任意時(shí)刻車輛跟馳的安全性和高效性，還需要進(jìn)一步的研究。Smallwood和Whitcomb闡述了水下載運(yùn)工具低速運(yùn)行的軌跡跟蹤問(wèn)題，所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)控制器能夠提供合理的參數(shù)估計(jì)，其中包括速度、位置的準(zhǔn)確跟蹤，仿真實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出較好的一致性。Pan和Zheng建立了車輛跟馳控制的離散時(shí)滯模型,提出一種最優(yōu)控制律的計(jì)算方法,取得了較好的仿真效果。車輛跟馳自適應(yīng)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性在于:(1)控制對(duì)象的非線性，特別是速度、加速度和車距控制的同步問(wèn)題；(2)安全性、高效性和行為調(diào)整的平穩(wěn)(舒適)性，需要在車輛跟馳過(guò)程中的任意時(shí)刻加以考慮，并作為行為優(yōu)化的目標(biāo)。如果實(shí)際車距<^遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于當(dāng)前安全車距且前、后車的速度相同，即= 力后車速度?前車速度)，純粹的速差控制對(duì)此情形則無(wú)能為力；而純粹的車距控制雖能實(shí)現(xiàn)=(鐵
』為實(shí)際車距)，但v/ 二&和’ = O較難實(shí)現(xiàn)；Zhao和Gao為了解決這個(gè)問(wèn)題，將速差控制和加速度差控制結(jié)合起來(lái)，力圖重建安全、高效跟馳穩(wěn)態(tài)，但對(duì)& =Waf 二 0且U遠(yuǎn)大于或遠(yuǎn)小于的情形則無(wú)能為力；當(dāng)前的自適應(yīng)巡航跟馳控制系統(tǒng)在安全、高效跟馳穩(wěn)態(tài)的重建方面，由于在“速度”、“加速度”和“車距”三個(gè)參數(shù)的控制上未實(shí)現(xiàn)同步，也存在行為調(diào)整頻繁的問(wèn)題，甚至產(chǎn)生較大的振蕩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服當(dāng)前車輛跟馳控制系統(tǒng)中速度、加速度和車距控制難以同步的問(wèn)題，并在車輛跟馳過(guò)程中的任意時(shí)刻把安全性、高效性和行為調(diào)整的平穩(wěn)(舒適)性作為后車行為優(yōu)化的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)后車跟馳行為的科學(xué)調(diào)整。
[0004]本發(fā)明基于【背景技術(shù)】狀況，建立了一種新的車輛跟馳系統(tǒng)數(shù)學(xué)參考模型，并在合理劃分車輛跟馳狀態(tài)的基礎(chǔ)上，將模型參考與自適應(yīng)控制結(jié)合起來(lái)，根據(jù)當(dāng)前跟馳狀態(tài)確定相應(yīng)的最佳跟馳控制律計(jì)算模型，并將最佳控制律加以實(shí)施，以科學(xué)的后車行為調(diào)整實(shí)現(xiàn)車輛跟馳系統(tǒng)的安全、高效和平穩(wěn)(舒適)運(yùn)行，解決了長(zhǎng)期以來(lái)一直存在的速度控制、加速度控制和車距控制難以同步的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明概述的技術(shù)方案實(shí)施步驟:
步驟1:建立車輛跟馳系統(tǒng)模型。
[0006]該車輛跟馳系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，見(jiàn)式(I)所示:
【權(quán)利要求】
1.一種基于模型參考的車輛跟馳系統(tǒng)自適應(yīng)控制方法，其特征在于:包括如下實(shí)施步驟: 步驟1:建立車輛跟馳系統(tǒng)模型； 該車輛跟馳系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，見(jiàn)式(I)所示:

【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103761371SQ201410004641
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】潘登, 夏易君 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)